发动机测试试验室环境自控逻辑设计

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　　摘 要：基于发动机台架试验运行的环境需求，在不同试验状态下，设计对应的环境自控逻辑。以保障发动机正常试验并又降低环境能源介质的消耗。
　　关键词：发动机试验室;自控逻辑;测试环境
　　1 前言
　　 在国家法规和政策对汽车排放及燃油经济性越加严苛的今天，发动机作为汽车的核心部件，越来越多的汽车企业开始新建更多的发动机测试试验室。以提升测试技术和测试产能，并加快动力产品的更新迭代，最终使其符合国家排放和燃油经济性要求。但是随着测试试验室的增加，运行能耗会大幅上升，试验成本跟随能耗也大幅上升。如何实现发动机测试试验室的低能耗运行，这对车企提出了很大的挑战。
　　2 发动机测试试验室概述
　　 发动机测试试验室可以模拟发动机在整车状态的运行，试验分时序起动、闭环调节至额定转速、功率提取三个环节进行[1]。由试验室的各种设备提供运转所需的冷却介质、电、气和汽油等能源介质。一个完整的发动机测试试验室一般由控制间、测试间和设备间组成。控制间用于试验的监控，测试间为试验执行的主体，设备间为试验的执行提供辅助。
　　 发动机测试试验室一般用于新发动机的功能性和耐久性试验，在试验运行过程中会消耗大量的能源介质，这些能源介质的消耗是发动机试验的主要成本之一。
　　3 发动机测试试验室环境需求
　　 发动机试验室环境控制主要由试验室房间进风调节器、发动机燃烧空气调节器、冷却循环风机、尾气排风机、冷冻水供给和冷却水供给等设备构成。这些设备来满足发动机台架试验室的环境需求。
　　3.1 进气供给量流量要求
　　 不同功率大小的发动机对燃烧空气的供风流量需求和测试室进风流量要求也不同。
　　 以大众汽车发动机为例，发动机燃烧空气供风流量需求为：150kW及以下发动机为1000m?/h、150kW-200kW（含）发动机为1100 m?/h、200kW-250kW（含）发动机为1300 m?/h。
　　 试验室进气流量需求为：100kW及以下发动机为3060 m?/h、100kW-150kW（含）发动机为4200 m?/h、150kW-200kW（含）发动机为4800 m?/h、200kW-250kW（含）发动机为5500 m?/h。
　　 发动机功率越大，发动机做功燃烧所需空气流量和试验室进气流量也越大，根据不同功率的发动机设计对应进气流量，最终使进气风机自动根据试验发动机的功率进行流量供给，可以很好的节约成本。
　　3.2 尾气排风流量要求
　　 当发动机在试验室运行过程中，会有尾气释放，这就需要将这些尾气排出试验室。同理，不同功率的发动机，房间对其尾气的排风量也不同。根据不同功率的发动机设计对应排气流量，最终使排气风机自动根据试验发动机的功率进行变频，通过变频达到切换不同排风流量的目的，可以很好的节约成本。发动机功率与尾气排风流量对应关系为：100kW及以下发动机为4300 m?/h、100kW-150kW（含）发动机为5500m?/h、150kW-200kW（含）发动机为6200 m?/h、200kW-250kW（含）发动机为7100 m?/h。
　　4 发动机实验室环境自控逻辑设计
　　 发动机试验室可以分为三个状态，静止状态、准备运行状态和测试运行状态。由于试验室在不同状态下，需求的环境要求不同，出于节约能源考虑，设计不同的状态下的环境控制逻辑。
　　4.1 静止状态和准备运行状态
　　 台架静止状态或准备运行状态时，会通过总线协议会传送“台架静止状态”或者“准备运行状态”指令。
　　 保证满足以下功能：
　　 （1）保证房间供风最小档，满足最小空气交换量;（2）燃烧空气供气关闭;（3）尾气排风机置于最小档（尾气排放流量=1.05 x 房间进气流量），对房间压力没有控制;（4）房间温度控制系统不工作，冷却循环风机关闭;（5） 安全保障系统积极运行;（6）压缩空气供给（主阀门）是打开的;（7）冷冻水循环K8（8摄氏度）的截流阀是打开的;（8）发动机冷却水循环K40（40摄氏度） 的截流阀是打开的。
　　 即当环境控制系统收到发动机试验室处于静止状态或准备运行状态时，环境控制会对房间进风调节器、燃烧进气调节器、尾气排风机、温度控制系统、安全保障系统、压缩空气供给电磁阀、冷冻水和冷却水供给電磁阀根据上述需求发出对应的控制命令。并通过执行器来反馈执行情况。
　　4.2 测试运行状态
　　 台架在测试运行状态，会通过总线协议发送“台架测试运行”指令。发动机可以启动。通过台架测试程序实现发动机负荷的预选。
　　 所有功能都正常的时候，台架才可以成功运行。
　　 必须保证以下功能：
　　 （1）根据选择的发动机功率给房间进行供气;（2）根据选择的发动机功率进行燃烧空气供气;（3）尾气排风机控制房间压力在-20 Pa;（4）房间温度控制系统积极运行，冷却循环风机时开启的;（5）安全系统积极保障;（6）压缩空气供给（主阀门）是打开的;（7）冷冻水循环K8的节流阀是打开的;（8）发动机冷却水循环K40的节流阀是打开的。
　　 同理，即当环境控制系统收到发动机试验室处于静止状态或准备运行状态时，环境控制会对房间进风调节器、燃烧进气调节器、尾气排风机、温度控制系统、安全保障系统、压缩空气供给电磁阀、冷冻水和冷却水供给电磁阀根据上述需求发出对应的控制命令。并通过执行器来反馈执行情况。
　　 在测试运行过程中，有可能产生易燃易爆的介质（例如汽油）泄漏，为了防止这些易燃易爆的介质散发到试验间外，故在测试运行过程中始终保证试验间的负压环境，以此来保障危险介质不会泄漏出测试间。
　　5 结束语
　　 发动机试验室环境自控系统根据不同试验发动机的功率大小，自动调节环境进排风机的功率。不再是以往固定的风机大功率针对所有功率试验发动机，最终通过该逻辑控制实现“因机耗功”，可以很好的降低试验风机用电能耗。同时以试验室静止、准备运行及测试运行状态这三个状态来，决定不同环境设备的开关程度，最终通过该逻辑实现“因态耗功”来降低介质供给和能耗。
　　参考文献：
　　[1]钱小娟.某型APU控制系统的设计与台架试车[J].航空兵器，2008（03）.
　　作者简介：王烨（1991-），男，浙江绍兴人，本科，助理工程师，研究方向：发动机测试台架。
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